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2.2.1 Fotowiderstand (MCP3008)

Bemerkung

Je nach Kit-Version bitte prüfen, ob ADC0834 oder MCP3008 enthalten ist, und mit dem entsprechenden Abschnitt fortfahren.

Einführung

Ein Fotowiderstand ist ein häufig verwendetes Bauteil zur Erfassung der Umgebungslichtintensität. Er hilft dem Controller, Tag und Nacht zu erkennen, und ermöglicht Lichtsteuerungsfunktionen wie z. B. eine Nachtlampe. Dieses Projekt ist dem Potentiometer sehr ähnlich – auch hier wird die Spannung verändert, allerdings zur Lichtmessung.

Benötigte Komponenten

In diesem Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

Schaltplan

T-Board-Name	Physical	WiringPi	BCM
SPICE0	pin24	10	8
SPIMOSI	pin19	12	10
SPIMISO	pin21	13	9
SPISCLK	pin23	14	11
GPIO22	pin15	3	22

Experimentelle Schritte

Schritt 1: Baue die Schaltung auf.

Schritt 2: Richte die SPI-Schnittstelle ein und installiere die spidev-Bibliothek (siehe SPI-Konfiguration für detaillierte Anweisungen). Falls diese Schritte bereits erledigt sind, kannst du sie überspringen.

Schritt 3: Wechsle in den Ordner mit dem Code.

cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5

Schritt 4: Führe die ausführbare Datei aus.

sudo python3 2.2.1-2_Photoresistor_zero.py

Während der Code läuft, ändert sich die Helligkeit der LED entsprechend der Lichtintensität, die der Fotowiderstand misst.

Warnung

Falls die Fehlermeldung RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address erscheint, siehe Wenn gpiozero nicht funktioniert..

Code

Bemerkung

Du kannst den folgenden Code Ändern/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen. Vorher musst du jedoch in das Quellcode-Verzeichnis (z. B. davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5) wechseln. Nach einer Änderung kannst du den Code direkt ausführen, um das Ergebnis zu sehen.

#!/usr/bin/env python3
import spidev
import time
from gpiozero import PWMLED

# PWM-LED an GPIO-Pin 22 initialisieren
led = PWMLED(22)

# SPI-Kommunikation initialisieren (Bus 0, CE0 -> GPIO8)
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)  # Bus 0, CS0
spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

# Funktion zum Auslesen eines MCP3008-Kanals (0–7)
def read_adc(channel):
    """
    Analogen Wert vom MCP3008 lesen (0–1023)
    """
    if channel < 0 or channel > 7:
        return -1
    # MCP3008-Protokoll: Startbit, Single-Ended-Modus, Kanal (3 Bit), Füllbyte
    r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
    value = ((r[1] & 3) << 8) | r[2]
    return value

# Funktion zur Umrechnung eines Wertes von einem Bereich in einen anderen
def MAP(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
    return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min

# Hauptschleife zum Auslesen des ADC-Werts und Steuern der LED-Helligkeit
def loop():
    while True:
        # Analogen Wert von Kanal 0 des MCP3008 lesen
        analogVal = read_adc(0)
        print('value = %d' % analogVal)

        # Bereich 0–1023 auf PWM-Bereich 0.0–1.0 abbilden
        led.value = analogVal / 1023.0

        # 0,2 Sekunden warten
        time.sleep(0.2)

# Hauptschleife ausführen und KeyboardInterrupt für sauberes Beenden behandeln
try:
    loop()
except KeyboardInterrupt:
    led.value = 0  # LED ausschalten

Code-Erklärung

1. Importiert die Klasse PWMLED aus der Bibliothek gpiozero zur Steuerung von PWM-LEDs, spidev für die SPI-Kommunikation mit dem MCP3008 und time für Warte-/Pausenfunktionen.

   #!/usr/bin/env python3
   import spidev
   import time
   from gpiozero import PWMLED
   

2. Initialisiert eine PWM-LED an GPIO-Pin 22 und richtet die SPI-Schnittstelle für den MCP3008 (Bus 0, CE0) ein. Die SPI-Taktfrequenz wird auf 1 MHz gesetzt.

   # PWM-LED an GPIO-Pin 22 initialisieren
   led = PWMLED(22)
   
   # SPI-Kommunikation initialisieren (Bus 0, CE0 -> GPIO8)
   spi = spidev.SpiDev()
   spi.open(0, 0)  # Bus 0, CS0
   spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz
   

3. Definiert eine Funktion zum Auslesen eines bestimmten MCP3008-ADC-Kanals. Es wird ein 3-Byte-Befehl über SPI gesendet und aus der Antwort ein 10-Bit-Wert (0–1023) extrahiert.

   def read_adc(channel):
       """
       Analogen Wert vom MCP3008 lesen (0–1023)
       """
       if channel < 0 or channel > 7:
           return -1
       r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
       value = ((r[1] & 3) << 8) | r[2]
       return value
   

4. Definiert die Hilfsfunktion MAP(), die einen Wert von einem Bereich in einen anderen umrechnet – nützlich, um ADC-Rohwerte in passende PWM-Werte zu konvertieren.

   def MAP(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
       return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min
   

5. Implementiert eine Schleife, die wiederholt den analogen Wert von Kanal 0 des MCP3008 liest, diesen auf eine PWM-Helligkeit (0.0–1.0) abbildet und an die LED weitergibt. Zwischen den Messungen wird jeweils 0,2 Sekunden pausiert.

   def loop():
       while True:
           analogVal = read_adc(0)
           print('value = %d' % analogVal)
           led.value = analogVal / 1023.0
           time.sleep(0.2)
   

6. Führt die Schleife aus und behandelt KeyboardInterrupt für ein sauberes Beenden. Bei Strg+C wird die LED vor dem Beenden ausgeschaltet.

   try:
       loop()
   except KeyboardInterrupt:
       led.value = 0